1. 前言

钠离子更小的Stokes半径和更低的溶剂化能赋予了钠离子电池优异的动力学特性，使其在高功率输出和低温运行等场景中展现出显著的应用潜力[1]。然而，除材料本征性能外，多孔电极的微观结构对钠离子电池的快充能力、循环寿命及低温性能有着至关重要的影响。因此，在极片层面开展系统研究，建立极片微观结构行为与宏观电池性能之间的关联桥梁，这不仅有助于深入理解电池系统的跨尺度演化机制，也为极片结构的优化设计提供了关键实验依据[2]。本文介绍五种测试方法来综合表征钠电极片性能，助力钠离子电池实现更高功率和更好的低温应用。

图1. 极片多维度性能及影响因素

2. 电子电导率

多孔电极的整体性能高度依赖于固相电子导电网络，其受材料性质、压实密度及组分分布等微观结构参数调控[3]。但实际电极常存在结构不均的问题，电子导电性不均匀会导致电流分布不均，局部区域反应过于剧烈，产生大量焦耳热。在低温环境下，电子本征迁移率下降，若导电网络存在分布不均，将显著加剧局部电流集中和热积累，加速电极材料结构衰退及容量衰减。因此，优化电子导电网络对于保障极端工况下电池的功率输出和循环稳定性具有实际意义。

图2. 极片电阻仪(BER2500),硬碳负极(HC)和层状氧化物正极(NFM111)的电阻率

3. 离子电导率

多孔电极的微观结构参数直接决定着离子电导率的空间均匀性[3]。在高功率输出时，不均匀的离子电导率会加剧浓差极化，限制有效离子传输，削弱倍率性能；在低温环境下，电解液粘度增大、本征电导率下降，离子电导率的不均匀性将进一步恶化电极内的离子传输，显著制约电池的高功率输出和低温应用能力。因此，极片离子电导率的测试结果，直接关系到钠离子电池在快充和低温工况下离子传输能力的评估与改善。

图3. 多通道离子电导率测试系统(EIC2400M),HC和NFM111的EIC测试结果

4. 电解液浸润性

对高能量密度的追求持续推动着厚电极技术的发展，然而电极厚度增加会带来一系列问题：电解液浸润困难，固液界面接触不充分，同时离子与电子传输路径延长，进一步加剧了隔膜侧与集流体侧的浓度极化，严重制约了钠离子电池在高功率输出和低温环境下的性能发挥。因此，系统表征电解液对极片的浸润特性，对于优化钠离子电池在上述苛刻工况下的应用表现具有至关重要的意义。

图4. HC和NFM111极片的电解液浸润测试结果

5. 极片柔韧性

在高功率和低温场景中，活性材料快速反复膨胀收缩及极片低温脆性断裂会削弱极片的机械稳定性，极易引发极片掉粉和电芯失效[4]。因此，良好的机械柔性是维持结构稳定、保障离子/电子传输通道完整，从而实现极端工况可靠运行的重要前提。

图5. 极片柔韧性测试仪设备(BEF1000),HC和NFM111极片柔韧性测试结果

6. 多层极片压缩性能

多层极片压缩的形变特性受材料本征性质及极片微观结构等因素共同影响。因此，其应力-应变曲线不仅可用于指导极片配方设计和压实工艺的优化，而且该分析可以通过模拟叠片电池的实际堆叠状态，有效评估极片的力学稳定性，为改善钠离子电池的高功率输出和低温性能、延长循环寿命提供力学依据。

图6. 粉末压实密度仪（PCD2000C），HC和NFM111的多层级力学性能测试结果

7. 总结

本文采用元能科技的多维度表征平台，对钠离子电池HC负极与NFM111正极极片进行了系统评估。综合极片的多维度数据，可有效建立极片微观结构-机械稳定性-电化学性能之间的内在关联，为优化电极配方设计、工艺窗口及厚电极开发等提供实证支撑，并为钠离子电池在高功率与低温应用场景下的性能提升提供理论依据与工艺指导。

8. 参考文献

[1]Okoshi M, Yamada Y, Komaba S, et al. Theoretical Analysis of Interactions between Potassium Ions and Organic Electrolyte Solvents: A Comparison with Lithium, Sodium, and Magnesium Ions [J]. Journal of The Electrochemical Society, 2016, 164(2): A54–A60.

[2]孟德超, 马紫峰, 李林森. 锂离子电池介尺度电化学反应非均匀性[J]. 化工进展, 2021, 40(9): 4869-4881.

[3]汪晨阳, 张安邦, 常增花, 等. 锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展[J]. 材料工程, 2022, 50(1): 67-79.[4]Qiang Ma, Ling-Yi Kong, Bang-Yuan Guo, et al. Layered oxide cathodes for sodium-ion batteries: origins of microcracks and countermeasures[J]. Chemical Science, 2026, 17 (21): 10329–10354.